固态-氧化物-聚合物固态电池专家
-·2024-11-15 14:37

一、涉及行业 固态电池行业[1] 二、核心观点及论据 (一)氧化物与硫化物固态电池对比 1. 材料差异 - 氧化物固态电池电解质为陶瓷材料,绝缘性能和稳定性好,但电导率低、固体接触界面性能不佳;硫化物固态电池电导率高,但界面稳定性和锂金属生长控制有挑战。美国QS公司因锂枝晶能穿透硫化物固体电解质层转向氧化物路线[2] 2. 应用场景差异 - 硫化物和氧化物应用场景可能存在差异,目前难以确定,关键在于谁能实现更高稳定性和成本优势。车企和低空飞行器制造商追求高能量密度,硫化物技术问题未完全解决,其未来应用取决于技术突破[12] (二)正负极材料发展方向 1. 正极材料 - 研发方向集中在高能量密度,如高镍或富锂锰基材料且已有产品推向市场[3] - 富锂锰基材料成本低,因锰成本相对低,正极材料在电池成本占比较大,使用富锂锰基可降成本。富锂锰基适用于中低端车型,反应电压高,电芯电压可提升至4.2 - 4.5伏,能量密度比宁德时代3.7伏电芯高,相同能量密度下材料使用少,半固态富锂锰基比6系三元材料便宜约15%,比铁锂贵,约每瓦时4毛5左右。富锂锰基正极材料面临高温性能不佳和高工作电压对绝缘性能要求高的挑战,半固态电池的固态电解质层可缓解这些问题[6][14][16] - 正极材料方面,当升科技、容百科技等布局富锂锰基,清朝新能源在内蒙古乌海投建厂房自主生产正极材料,目前合作较多的是当升科技,汉饶公司最早研发富锂锰基正极材料且有过测试合作[15] 2. 负极材料 - 主要有硅碳负极和锂金属负极两种选择,2028年之前以硅碳为主,因实验室测试显示锂金属不稳定[3] - 硅碳负极由新潮供应商兰溪之歌提供,采购量小,仅几吨级别,掺杂比例通常不超过5%,行业内不超15%,过高比例会导致膨胀问题影响性能稳定性。锂金属负极能量密度可达3,800毫安时每克,掺混后的硅碳最高只能达到600毫安时每克,但锂金属制造成本和原材料成本高,将用于高端车型,硅碳因自然界含量丰富相对便宜,会保有一定市场空间[18][24] - 锂金属负极本身没问题,国内如天津中能已开发出锂金属材料且进行过测试和电芯样品制作,但电池工艺方面,锂金属应用于电芯时与电化学反应后稳定性较差,短期内仍将使用硅碳负极[23] (三)全氧化物固态电池量产相关 1. 量产时间 - 全氧化物固态电池预计2028年之前实现量产[4] 2. 解决导电率低和接触界面不佳的技术路线 - 一是复合电解质,在氧化物基础上添加聚合物,在正极材料中引入垂直通道灌入聚合物浆体,通过微波照射原位固化;二是QS公司采用的技术,使用一面为高分子材料、一面为陶瓷材料的固态隔膜,并直接使用锂金属负极[4] (四)国内企业技术路线及项目情况 1. 技术路线 - 国内企业普遍采用复合型氧化镓聚合类全氧化物路线,因短期内锂金属应用难度大且不稳定[5] 2. 项目情况 - 蔚来130度半固态电池已量产,副盟乙级项目计划2025年上市,针对6系3元体系,储备10万台车产能,将应用于上汽名爵、荣威等中低端车型[5] (五)半固态电池成本相关 1. 与普通锂电池成本对比 - 半固态电池整体成本比普通锂电池高约15%[7] 2. 电解质、正极和负极成本占比 - 氧化物和聚合物混合的电解质中,氧化铝是主要成分,氧化锆占15%,氢氧化铝占5%,原材料需从上游采购,配方掌握在各电池企业手中[7] - 氧化物类全固体锂离子导体中,氧化铝占60%、碳酸锂占20%、氧化锆占15%、氢氧化钠占5%,氧化铝相对便宜,氧化锆用量相对较大,每GWh大约需要18吨左右[34] (六)固态电解质层发展趋势 1. 厚度变化 - 未来固态电解质层将变厚,因无隔膜和液态电解液,用量将显著增加[8] (七)市场规模相关 1. 明年市场规模 - 目前市场上计划明年达到10万台的规模[9] 2. 出货量情况 - 今年由于项目交付问题,预计出货量为500辆左右。明年计划装配上汽名爵车型,但因能量密度高导致倍率低(1.6C)、充放速度慢、制造工艺难点(如硅碳负极设计薄且易脱落)等问题,目前尚难预测具体出货量,但客户需求为10万台[10] (八)全固态电池规划 1. 技术路线及产品发布 - 全固态技术路线仍以复合型(即氧化物加聚合物)为主,预计2025年发布无隔膜全固态样品,并于2028年实现上市。2026年发布全固样品,目前20安时以上的大容量全固状态仍在研发阶段,小容量已具备一定实验室能力[11] (九)固态电池技术核心及不同材料体系应用 1. 技术核心 - 固态电池技术的核心在于固态电解质,不在正负极材料。固态电解质研发可采用多种材料体系,如氧化物、硫化物等,这些体系可与多种正负极材料配合使用[17] (十)导电剂相关 1. 主要应用及选择 - 导电剂主要用于改善正负极混料过程中的循环性能,一般选择碳纳米管中的单臂碳纳米管作为导电剂,这已成为行业标准[19] (十一)新项目比例相关 1. 2025年新项目比例 - 到2025年规划的新项目中,约90%的产能将用于富盟体系,仅约10%会采用高镍体系[21] - 富盟体系项目比L6项目更重要,产能准备主要为富盟体系需求,具体发布时间取决于上期和客户安排[22] (十二)固态及半固态电池在低空飞行器中的应用 1. 应用前景 - 固态和半固态电池在低空飞行器领域有广阔发展前景,这些飞行器对安全性要求远高于汽车,对充放电速率不敏感,适合使用倍率低、循环寿命差但安全性能高的半固态或全固态电池,已与多家机动飞行器制造商合作,多涉军工领域[26] (十三)客户性能要求及半固态电池现状 1. 客户性能要求 - 客户对全固态和半固态电池提出四个关键维度性能要求:全固态希望能量密度达到500瓦时每公斤,半固态希望达到350瓦时每公斤;全固态循环寿命至少大于1,000次循环,单元至少跑1,500次;全固状态倍率至少达到5C,半固状态至少达到2C;安全性方面,针刺试验必须100%通过以及虚拟碰撞问题必须100%解决[27] 2. 半固态电池现状 - 半固态电池燃料密度目前最多达320瓦时/公斤,循环寿命现阶段约800次循环,倍率最多能做到2C,针刺测试并非100%通过,通过率与能量密度相关,高能量密度下针刺测试失败几率较高[28] - 能量密度对半固态电池循环寿命和倍率性能有影响,降低能量密度可提升这两项性能,但市场需求不允许降低能量密度[29] - 明年半固态电池技术预计会有小幅改进,循环寿命和倍率性能将有所提高,但整体突破可能有限[30] (十四)半固态电池产线相关 1. 新增设备 - 半固态电池产线相较于液态电池产线,多了一台涂布设备,用于在正极表面涂覆一层固态电解质层,有湿法工艺和干法工艺,且辊压机需要特制。干法热转印是将材料涂覆在隔膜上,然后加热再转印到正极上,干法电极技术不需要溶剂,通过静电吸附直接将材料吸附到铜箔或铝箔上,再用高精度辊压机成型,可提高整体能量密度约30%,未来全固态电解质可能采用干法工艺[31][32] 2. 设备生产情况 - 涂布机做得比较好的厂家如千惠等,但公司涉及关键技术保密需求的设备自行设计并生产,包括辊压机,还在内蒙古投资了证据材料厂[33] 三、其他重要内容 1. 氧化物类电解质采购合作情况 - 与三峡合作高纯度碳酸钴,与盛和资源合作兰花工艺相关原料[9] 2. 固态电池技术进展情况 - 今年固态电池技术没有显著新突破,更多是消息面炒作,如宁德时代虽申请多个专利且组建1,000多人团队,但测试结果显示循环性能和倍率性能仍不理想[13] 3. 导电剂用量及供应商情况 - 文档未详细提及导电剂具体供应商[19] 4. 未来新项目常规比例变化情况 - 未来新项目中常规比例不会有显著变化,富盟体系对能量密度需求不高,目标客户群体主要集中在6系三元系统,不追求超高能量密度[20]